우리나라는 낮은 출산율과 더불어 빠른 고령화가 진행되고 있으며 특히 농촌의 경우 교육, 문화, 취업 등의 인구 이동과 더불어 고령인구가 농사를 짓는 형태로 변모하고 있다. 이는 단위 면적당 생산성을 저하하는 요인 중 하나로 해마다 생산 면적 및 생산량의 감소로 반영되고 있다. 이와 같은 문제를 해결하고자 스마트 팜(Smart farm)과 같은 새로운 농업 분야의 자동화 시스템이 개발되고 있지만, 지금까지 경제성이 낮은 실정이다.
최근 4차 산업혁명을 통해 무인 운송 수단으로써 드론(Drone)은 농업 분야에서 병해충의 방제 작업에 사용되고 있으나, 이는 대형 드론을 이용하고 있어 국내의 비닐하우스와 같은 소규모 시설하우스 같은 경우는 활용 자체가 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 일반적인 소규모 시설하우스를 기준으로 방제가 가능한 방제용 무인 드론을 설계·제작하였다.
드론의 제작을 위해 선정된 모터와 프로펠러는 소형화된 기체 크기를 바탕으로 선택하였으며, 시뮬레이션을 통해 기체 무게 4,000g 미만에서 소규모 시설하우스의 적용이 가능한 것을 확인할 수 있었다.
이 같은 시뮬레이션 결과를 바탕으로 실제 방제용 드론을 제작하였다. 제작된 방제용 드론에는 위치정보를 반영하기 위한 GNSS, 장애물 회피를 위한 Front 및 Lider 센서, 구동 확인을 영상으로 확인할 수 있도록 영상전송이 가능하도록 제작했다.
제작된 드론을 바탕으로 추력 특성 분석, 방전 테스트, 상승한계, GNSS 수신율 테스트, 펌프를 이용한 방제 시간과 실제 제작된 드론을 이용해 비행시간 등을 확인하였다.
추력의 경우 모터의 PWM throttle 90%까지를 사용하도록 하였으며 제작된 드론의 실측 무게를 고려하더라도 시설하우스 방제에 드는 시간 100초 이상의 충분한 비행이 가능함을 확인했다. 또한, 비닐하우스 내부에서의 상승 높이 설정이 가능했으며, 위치정보 확인을 위한 GNSS의 경우 비닐과 같은 상부 장애물이 있을 때도 높은 수신율을 확인할 수 있었다.
실제 방제에 사용되는 워터 펌프는 별도의 ESC를 통해 분사량 조절이 가능하도록 제작했으며, 비행 가능 시간 분석을 통해 제작된 드론의 실 주행시간을 확인한 결과 일반적인 소규모 시설하우스에 충분한 방제가 가능한 것을 확인했다.
이와 같은 결과로 제작된 방제용 드론은 소규모 시설하우스에 바로 적용이 기능해 국내 농업 환경에 적합한 하나의 자동화 장치로써 그 활용성이 매우 높을 것으로 판단된다.